关于信源信道联合编码的研究

1、文献综述 题 目 关于信源信道联合编码的研究 学生姓名 gyp 专业班级 通信工程07-1班 学 号 2007* 院 （系） 计算机与通信工程学院 指导教师(职称) *（讲师） 完成时间 2009年 3 月 12 日 关于信源-信道联合编码的研究1 前言“信息论”又称“通信中的数学理论”，是研究信息的传输、存储和处理的科学。通信的根本目的是将消息有效而可靠地从信源传到信宿。信源编码的目的在于提高系统的有效性（传信率越高失真越小）。中心问题是：对一给定的信源，在失真度确定的条件下，使得失真满足要求所需的最低传信率；在传信率确定的情况下，系统所能达到的最小失真。信道编码理论核心是提高系统的可靠性。

2、中心问题：寻求一种适当的编码手段，在一定的传信率条件下，通过有规律地增加冗余度保证消息以尽可能小的差错概率从信源传到信宿1。长期以来，在香农的信源信道分离理论的指导下，信源编码理论和信道编码理论都取得可喜成果。但是当前的分离理论仅适用与点对点通信系统，并假定系统可容忍无限长的传输时延和预先掌握信道统计特性。在当前，图像/视频实时业务，无线和IP网络信道的时变性，原分离的信源信道理论已经无法满足实际的通信需求。而建立在香农的全局率失真理论之上的信源-信道联合编码理论应运而生。如图1信源信道联合编码框图2。图1-1 信源信道联合编码图2 信源信道编码国外研究状况1979年提出信源信道联合编码3。近

3、年来K.Sayood等人，研究利用压缩编码后信息的先验后验信息向译码器传递信息。F.R.K schischang和B.J.Frey等人，提出因子图形并提出一种针对全局函数边界计算的一般性算法。I.Kozintsev等人，提出一种基于因子图形框架，同时包含信源与信道编码的全局图形模型（还用到冗余信息存在准则和和积准则）。J.Hagenauer等人，提出一种基于变长译码的变长软译码算法。Banister等人，提出针对JPEG2000信源编码和Turbo信道编码的联合方法。Hamzaoui等人，提出互联网和无线信道下传输内嵌图像的联合编码方法； 且采用局部搜索算法对信源信道进行最优化不等差错保护。R

4、abiner等人，提出结合隐性马尔科夫信源和低密度奇偶校验码的联合方法。Lisimachos等人，提出基于DCT和运动补偿分级视频编码和传输的联合方法。Kiewer等人，提出变长编码信源和信道编码并行级联的鲁棒性传输算法。3 信源-信道联合编码适用环境资源受限的通信系统 实现资源最优化。资源限制包括数据传输时的速率和带宽限制，系统复杂度限制，功率限制，延时限制。多用户共享信道的通信系统 实现信道容量的利用最大化。如蜂窝移动通信系统。由于多个用户是通过统计时分或者码分等复用方式共享信道，这样便造成一个用户的信源信息，可能是另一个用户的信道噪声的问题。（不适用于多源接入信道）4。异质信源、异类信道

5、或异种用户共存通信系统 异质信源指多媒体通信中，对于信道误码和传输延时要求不同的数据。异类信道指同一通信网下，包括信道的速率、误码率、时延或时延抖动在内的信道质量相差很大的信道。异种用户指同一通信系统中，服务质量要求不同的用户。时变通信系统 由于时变系统的信源和信道的先验概率分布不可能准确获得，这样便不可能实现，在分离方式下，系统达到最优。4 信源-信道联合编码研究方向基本理论研究 一方面、理解质量（初始数据和还原数据差异）、延迟、计算复杂度、信道利用率（信道数量、宽度和信噪比）和消耗功率之间的关系；另一方面、联合编码评估方法研究。具体设计方法的研究5第一、信源-信道编码器的联合设计。该法侧重

6、与在发送端根据信源和信道的统计特性来完成设计，包括基于信源优化的信道编码和基于信道优化的信源编码。第二、信源-信道联合解码器设计。该法侧重于在信宿端分析并利用信源编码器输出的残存冗余信息来阻止传输比特差错的传播，也可以作为先验知识用于信道译码器软输出译码的边信息。第三、信源-信道码率分配研究。它是在给定信道码率下，信源和信道编码率的最优化分配策略。当总比特率（=信源编码速率+信道编码速率）一定，信源编码率增加，有损压缩造成的失真减小；信道编码速率减小，信道编码冗余量减少，信道噪声造成的失真提高。5 联合编码关键技术残留冗余（额外比特率）技术 即在有噪信道且不额外增加传输比特条件下，调整编码器以

7、提高信道鲁棒性。（由于香农编码理论存在：不能去除所有冗余问题；在有噪信道和衰落信道信道编码方法不充分的局限。）6不等差错保护技术（自适应纠错技术） 即根据数据的重要性不同，信道编译码采用不同的纠错保护策略，使误码率降到最低。又称分集接收技术7。基于软输入软输出的联合译码技术 该法利用传输信道的状态信息、信源的先验信息以及信道译码器的软输出来进行软信源译码8。基于因子图形的联合译码技术 因子图形是一种双向图形，是把一个全局变量，使用特定的方法变换成几个局部函数乘积式子。传递算法描述：图形中每个节点都可看作活动的处理单元，且能执行和该节点相关的信息和局部函数的计算。节点间的连线完成信息的发送和接收

8、。联合优化技术 该联合编码可被认为是一种隐马尔可夫过程模型（用状态条件概率代替无记忆信道的转移概率）。（包含状态估计、最小均方差估计和信道状态和参数估计）9网格量化联合优化技术 网格量化编码和网格编码调制，可降低系统复杂性，改善失真性能，并且使信道噪声有适中的鲁棒性。6 信源-信道联合编码研究热点分层编码 即是基于信源优化信道设计编码。它把信源编码分成包含图像中的粗糙的但对于识别重要的信息即最重要部分和包含提高图像质量要求的更精细的信息的次重要部分10。采用LDPC码的联合译码 它是一种融合隐马尔可夫信源估计和低密度奇偶校验（LDPC）编码的联合编码方法11。Turbo码 又称并行级联卷积码，

9、是信道纠错码的一种，实现卷积码和随机交织器的结合，达到可随机编码的效果。同时采用软输出迭代译码来逼近最大似然译码。多描述编码 信源端产生若干独立码流且每一码流即为信源一种描述；信宿端可通过不同信道接收到一个或多个描述，中央解码器根据描述的多少给出恢复信源的精细程度12。7 国内研究院校、老师及其研究成果7.1 2004年国内研究分布合肥工业大学，信号与信息处理，单承赣（gan）教授。硕士研究生：柴斌；具体研究方向：图像传输；成果：1） 提出一种用汉明距离对算术编码进行改进的方案（解码器通过最小汉明距、算术编码的自同步特性和信源的统计知识的结合，来完成译码）。2）提出一种分层编解码方案（以级联方

10、式构造编码器；采用SPIHT（多级树集合分裂编码）的小波图像信源压缩编码法；采用RCPC信道编码法；把图像比特流按需分层不同子流，对不同子流实现非平等保护）。汕头大学，信号与信息处理，陈光教授硕士研究生：黄东辉；具体研究方向：图像传输；成果：1) 提出一种基于均值匹配相关矢量量化图像编码算法（信源编码法）。2) 提出一种结合Turbo码的信道编码进行联合优化量化器-重构器对的算法。7.2 2005年国内研究分布北京邮电大学，信号与信息处理，吴伟陵教授博士研究生：林雪红；具体研究内容：低密度奇偶校验码（LDPC）；成果之一：1） 提出两种基于Huffman码和LDPC码信源信道联合译码算法（基于

11、信源冗余的联合译码和软输入软输出联合译码算法）。华中科技大学，信息与通信工程，朱光喜教授博士研究生：金欣；具体研究内容：无线视频传输；成果：1） 设计一功率可控的信源信道联合编码系统（为一定功率水平选定相对最优的编解码策略）。2） 提出一种高性能、H.264兼容的空域伸缩性视频编码系统CSSVC（综合利用了H.264在低频域优越的编码性能和ODWT带内预测技术即在高频域对运动估计和补偿的性能增益（其中采用2模式自适应运动预测与收缩的CSSVC）。3） 构建了复杂度伸缩的混合信道编码与差错控制系统及其复杂度控制策略（综合利用HARQ I和III型优势的混合独立重传自解码的新模型）。4） 研究了信

12、源信道编码系统复杂度衡量的通用方法（根据算法时间复杂度相对系统时间复杂度的比例和变化，寻求屏蔽平台和实现差异性的编码复杂度衡量方法）。5） 研究信源信道联合功率控制策略与实现方法（从信源、信道和差错控制编码复杂度的关系、系统处理能力响应、快速复杂度等级控制和码流匹配方面阐述）。东南大学，信号与信息处理，吴镇扬博士研究生：周琳；具体研究方向：语音传输；成果之一：1） 针对高斯马尔可夫信源，提出信源信道联合解码算法（包括迭代的信道解码和基于参数估计的信源解码（但是在同一时刻二者相互独立解码的）。2） 研究了基于信源信道解码算法的语音信号传输系统合肥工业大学，信号与信息处理，单承赣教授硕士研究生：李

13、晓莉；具体研究方向：图像传输；成果：1） 提出了结合SPECK信源编码（基于小波变换的分层信源编码）和Turbo码信道编码的信源信道联合编码方案。上海大学，通信与信息系统，张颖教授硕士研究生：郑丽丽；具体研究方向：无线视频传输；成果：1） 研究基于信源信道联合编码的FGS视频无线传输能量的有效性（采用H.264与FGS相结合的信源编码，RS信道编码，基于信道预测的传输数据最小化方法；利用功率、误码率与经过信道编码的残余错误概率大小关系及其信道预测结果，确定功率分）。山东大学，通信与信息系统，袁东风教授硕士研究生：吕京元；具体研究方向：无线图像传输；成果：1） 研究了基于矢量量化和Turbo码的

14、信源信道联合解码（小波变换使得能量集中，矢量量化使得数据量小）2） 提出基于分形压缩和信道估计的不等错误方案。7.3 2006国内研究分布天津大学，信息与通信工程，戴居丰教授和侯春萍教授博士研究生：王飒爽；具体研究方向：无线图像传输；成果之一：1） 提出一种基于多载波系统的无线分级图像的传输方法（信源采用基于小波变换的SPIHT（多级树集合分裂压缩编码算法）编码，信道采用基于小波包变换的多载波调制和DFT-OFDM调制技术）。2） 设计一种基于空时分组码的多天线OFDM（STBC-OFDM）系统。西安电子科技大学，通信与信息系统，常义林教授博士研究生：艾达；具体研究方向：网络视频传输；成果：1

15、） 提出一种实时的视频对象划分方法（以率失真优化选择的最佳宏块编码类型为对象划分标准，提出针对视频图像前景对象和后景对象的Intra刷新算法）。2） 提出一种基于视频对象的不平等保护联合编码方法（对不同的视频对象采用不同的Intra刷新率）。3） 提出一种新的图像空间域错误掩盖方法（利用H.264场编码技术（将视频I帧数据按像素行交织为上下两场）。4）提出一种基于图像增强信息域的视频图像头信息保护方法（大数判决定理）。东南大学，信号与信息处理，吴乐南教授博士研究生：段玮玮；具体研究方向：通信系统编码；成果：1） 提出一种联合编码调制的设计思想（对于多进制调制系统，通过置换搜索贪婪算法直接优化）

16、2） 提出一种基于SOVA（Soft-Output Viterbi Algorithm）和MMSE估计结合的图像联合译码重建算法。3） 提出一种基于HMM（隐马尔科夫模型）同步估计残留冗余与联合译码的迭代算法。4） 提出一种由多个一维相关性构成的压缩图像残留冗余统计模型。5） 提出基于LVA（List Viterbi Algorithm）,利用信源、信道统计特性的次优算法码软输入序列译码算法。6） 提出基于软同步的算术吗联合编码的编码参数优化方案。7） 提出基于LDPC码软输出和算术码软输入序列译码的联合译码算法。上海交通大学，信号与信息处理，余松煜博士研究生：王粤；具体研究方向：图像通信与数

17、字电视；成果：1） 提出一个可以利用信源编码器的输出序列中存在的残留冗余来提供差错保护的一体化解码器。2） 提出一种基于符号受限和比特受限的联合信源信道变长编解码改进算法。3） 提出一种基于平坦性衰落信道的自适应UEP-BTC-STBC系统。4） 提出一种基于遗传算法的免疫克隆算法和基于UEP（等误差原则）的信道优化矢量量化器的设计方法。华中科技大学，信息与通信工程，朱光喜教授博士研究生：王锋；具体研究内容：无线视频传输；成果：1） 提出一种联合参数优化的实时视频传输系统（以分层编码的增强层和基本层作为传输对象）。2） 提出跨层联合信源信道编码的自适应FGS（视频精细颗粒可伸缩性）视频实时传输

18、系统。3） 提出提出跨层多乘积码FEC（前向纠错）编码方案和等包长的打包方案。4） 提出新FGS增强层和信道编码率优化配置算法。5） 提出一个目标码率约束条件下的联合编码的优化基于率失真的码率配置方案（基于运动补偿预测视频编码的帧间依靠性和差错繁殖的衰减性特点）华中科技大学，信息与通信工程，朱光喜教授博士研究生：张珍明；具体研究内容：无线视频传输；成果：1）提出一种基于块的运动特性的视频对象分割算法。2）提出一种基于物理比特的错误建模方法。3）提出一种基于感兴趣编码的无线视频传输的联合编码优化码率分配算法。复旦大学，计算机应用技术，陆佩忠教授博士研究生：邹艳；具体研究内容：信息截获技术；成果之

19、一：1） 提出一种多路可变长编码信源复接情况下的联合译码方法。2） 提出卷积码盲目识别法；高误码率下的扩频码捕获方法；高容错的数字复接技术。浙江大学，信息与通信工程，谢磊教授硕士研究生：尹涛；具体研究内容：语音处理；成果：1） MELP（混合激励线性预测）信源编码和Turbo信道编码联合研究及其在语音传输中的应用。同济大学中德学院，信号与信息处理,葛万成教授，Joachim Hagenauer Pro.硕士研究生：尹涛；具体研究内容：语音处理；成果：1）实验分析研究证明了非二进制信源能够通过turbo编码方式进行信源编码。厦门大学，无线电物理，许茹教授硕士研究生：朱锦华；具体研究内容：水下图像

20、传输；成果：1） 研究基于SPECK(集合分裂嵌入块小波图像压缩编码算法)信源编码和Turbo信道编码的联合方案；2） 实现联合编码方案与OFDM技术的结合应用与水声通信中。大连理工大学，信号与信息处理，李建华教授硕士研究生：周坤；具体研究内容：编码方法；成果：研究联合编码设计方法，并针对编码过程进行仿真。7.4 2007年国内研究分布中国科学技术大学，通信与信息系统，朱近康教授博士研究生：许张生；具体研究内容：信道编码；成果：1） 提出一种基于基站间互协作的分布式Turbo编码结构。2） 提出一种针对V-BLAST系统的TISD（两级迭代串行检测算法）及其加窗算法。3） 提出一种可变窗长的W

21、in-TISD。电子科技大学大学，信息与通信系统，李玉柏教授硕士研究生：赵军；具体研究内容：移动通信；成果：1）TETRA数字集群通信系统终端软件设计。浙江大学，信息与通信工程，虞露教授硕士研究生：尹涛；具体研究内容：语音处理；成果：1） 分布式视频编解码理论和算法研究。郑州大学，通信与信息系统，张卫党教授硕士研究生：陈雯静；具体研究内容：图像传输；成果：1）提出JPEG和MPEG-4图像信源与Turbo码联合的UEP技术南京邮电大学，信号与信息处理，徐澄圻（yin）教授硕士研究生：王岩；具体研究方向：视频传输；研究点：信源-信道码率分配（SCRA）联合编码；成果：1） 按照H.263码流中G

22、OB优先级实施信源、信道码率的动态分配方案（通过调节H.263编码器的量化步长实现信源码率的调节；通过调节Turbo码的保护等级实现信道码率调节）。上海交通大学，通信与信息系统，王嘉教授硕士研究生：胡云峰；具体研究方向：视频压缩编码；成果：1） 提出一个信道失真估计模型（针对H.264图像压缩算法）。2） 建立一个信道码的码率分配算法（遗传算法求解最优）。上海交通大学，信号与信息处理，王嘉教授硕士研究生：朱莹莹；具体研究方向：视频压缩编码；成果：1） 改进TM5和VM8码率控制算法。2） 提出一种基于感兴趣区域的不等差错保护方案（MPEG-4和Turbo）。天津大学，计算机应用技术，赵政教授硕

23、士研究生：龙述兵；具体研究方向：无线视频传输；成果：1）提出一种不等差错保护方案（H.264；RS编码和重复包编码）。重庆大学，电路与系统，曾孝平教授硕士研究生：余训锋；具体研究方向：无线视频传输；成果：1） 提出一种不等差错保护方案（改进SPIHT（层次树的集分割算法）算法；CRC(循环冗余校验)和RCPC（码率兼容截短卷积码）7.5 2008年国内研究分布哈尔滨工程大学，计算机应用技术，戴葵教授硕士研究生：李雪耀；具体研究方向：数字广播；成果：1） 提出一种AAC+SBR信源编码系统；研究QAM映射模块，OFDM生成模块与SDR（软件无线电）。北京邮电大学，信号与信息处理，张惠民教授硕士研

24、究生：胡云峰；具体研究方向：视频压缩编码；成果：1） Turbo在分布式信源编码中的应用。北京邮电大学，电路与系统，蒋挺教授硕士研究生：杨晏鸷；具体研究方向：图像传输；成果：1） 提出双重不等差错保护方案（SPIHT（层次树的集分割算法）算法；RCPC（码率兼容截短卷积码）2） 提出将功率分配的双重不等差错保护应用到无线传感器网络的方案。长春理工大学，物理电子学（工），韩太林教授硕士研究生：穆爽；具体研究方向：图像处理；成果：1） 提出一种基于H.264视频的差错控制算法（信源Intra刷新算法；信道Tornado算法）。河北大学，通信与信息系统，王兰勋教授硕士研究生：杨晏鸷；具体研究方向：编

25、码；成果：1） 研究LDPC(低密度奇偶校验码)和积译码算法（又称BP译码算法）。2） 提出一种基于二阶隐马尔科夫信源估计和LDPC的联合信源译码算法。3） 提出将联合译码算法应用到数字水印。重庆大学，电路与系统，曾晓萍教授硕士研究生：吴玲；具体研究方向：语音处理；成果：1） 提出一种基于香农映射定理的语音信号联合编码器设计方案（Archimedes螺旋线映射编码器）。苏州大学，通信与信息系统，汪一鸣教授硕士研究生：王宁；具体研究方向：计算机通信；成果：1） 提出一种基于霍夫曼编码的文本信源联合编码方案。2） 提出一种基于算术编码的视频信源联合编码方案。7.6 2009年国内研究分布南京邮电大

26、学，信号与信息处理，宋建新教授硕士研究生：王建；具体研究方向：无线视频编码；成果：1） 提出一种不等差错保护方案（H.264图像信源码流分级，Turbo不等差错保护）。天津大学，通信与信息系统，侯春萍教授硕士研究生：卞德松；具体研究方向：图像传输；成果：1） 基于图像特征的联合编码（信源Canny算子和小波变换；信道卷积码和BCH码）。2） 方案评价：综合系统运算复杂度和图像传输效果。哈尔滨工程大学，通信与信息系统，席志红教授硕士研究生：肖春丽；具体研究方向：图像传输；成果：1) 提出一种基于全视觉图像的ROI（感兴趣区域）联合编码方案（信源一般位移法和SPIHT（分层树集合分裂算法）算法结合

27、；信道Turbo码和卷积码）。长春理工大学，通信与信息系统，李洪祚教授硕士研究生：李善善；具体研究方向：图像传输；成果：1）提出一种基于自适应不等差错保护的联合编码的图像传输方案（I-SPIHT信源编码和RCPC(码率兼容截短卷积码信道编码）大连理工大学，通信与信息系统，王洪玉教授硕士研究生：郭建花；具体研究方向：无线联合编码；成果：1）提出一种最佳速率快速分配方案(信源SPIHT算法；信道RCPC和RCPT编码)。大连理工大学，信号与信息处理，李建华教授硕士研究生：张凯程；具体研究方向：联合编码；成果：1） 提出一种基于宏块重要性模型的不等差错保护方案（Turbo码）。2） 提出一种基于H.

28、264率失真模型联合编码方案。7.7 2010年国内研究分布西安电子科技大学，通信与信息系统，肖嵩教授硕士研究生：陈娜；具体研究方向：视频编码；成果：1） 研究分布式视频编码。2） 提出一种基于Wyner-Ziv（解码端辅助信息的有损分布式编码率失真理论）分布式的联合编码方案。安徽大学，通信与信息系统，李晓辉教授硕士研究生：彭令宁；具体研究方向：对媒体通信；成果：1）提出一种在不等差错基础上，采用片的数据分割方法，结合FMO策略和差错隐藏算法，的信源信道联合编码方案（H.264；Turbo码）。8 信源信道联合编码系统框架图8-1 联合编码的系统框架139 图像编码算法及其图像压缩标准图9-1

29、 图像编码的分类14图9-2 多媒体图像编码分类10 图像/视频编码的国际标准图10-1图像/视频编码的国际标准15名称标题制定者应用场合H.261Video Code for Audio Visual Services at p×64kbpsITU-T综合业务数字网（ISDN）中视频会议JBIGProgressive Bi-level Image CompressionJPEG传真，打印JPEGDigital Compression and Coding of Continuous-tone Still ImageJPEG数字照相、图像/视频编辑等MPEG-1Coding of Moving Picture and Associated Audio for Digital Storage Media up to 1.5MbpsMPEG光盘存储、家用视频摄像、视频监控MPEG-2Generic Coding of Mo